智能化技术下的无人机大面积地形图测绘研究

张辉

（梅河口市城市规划服务中心）

1 引言

目前利用航空技术确保国家安全成为国际竞争的重要课题。缩短各种地形图更新周期是测绘工作面临的新挑战。遥感卫星平台受运行周期限制，微波遥感应用不能替代红外遥感作业。无人机航摄系统具有受天气条件影响小等特点。无人机航摄系统可获取不同分辨率影像，无人机航摄系统受到测绘领域的认同，广泛应用于电力维修等领域。但无人机航测系统存在一定缺陷，如目前测绘领域搭载非量测数码相机，影响对影像数据内业处理精度。必须研究无人机航摄影像制作大面积地形图高程精度。使无人机航摄影像数据广泛应用于大面积地形图测绘，灾害区域分析等领域。

2 无人机航摄测绘概述

无人机是利用无线电遥控设备控制装置操作的不载人飞机，最早的用于军事侦察活动。90年代无人机快速发展，由于无人机成本低等特点，使其应用范围扩大到民用领域。50年代我国开始研制无人机，一些企业进入无人机平台生产领域，无人机飞行平台搭载非量测数码组成摄影测量系统，改善了测绘工作方式。

无人机摄影测量主要用于地理数据快速获取，系统组成包括飞行平台等。无人机航测系统分为任务荷载设备，影像处理系统等[1]。数字影像具有直观、形象、现势性强等特征。数字影像处理包括数字图像转换、多源信息复合等类型。影像预处理是控制图像噪声的关键步骤。无人机航摄系统获取影像中受到外界因素的影响，搭载的非量测数码相机存在镜头畸变，图像噪声产生是随机过程，噪声干扰信号随机产生，噪声主要形式有瑞丽噪声等。采用滤波处理去噪信号方法包括空域、频域滤波。

无人机分为固定翼与多旋翼无人机，固定翼无人机可通过参数设置规划飞行路线。固定翼无人机按事先规划的路线飞行，操作简便，不需助跑即可起飞，可持续1h远距离飞行。固定翼无人机对降落地无特殊要求。多旋翼无人机主要由电机、机架等组成，其他设备需要有遥控设备等，可通过控制系统发出命令改变飞行状态。无人机飞行平台航摄影像不同于传统航摄影像，无人机航摄系统特点包括搭载非量测数码相机，基高比小等。

3 无人机航摄测绘地形图技术流程

无人机技术是由飞行平台载体构成的高科技航空信息系统，主要用于抢险救灾，获取地下底层等方面信息。无人机航测技术具有适用地形广泛，使用机动灵活等优势[2]。2005年我国研制的高端无人机遥感系统首飞实验成功，系统集成等方面达到实用化水平。国家测绘局发布无人机航测要求测绘标准包括《无人机航摄安全作业要求》等。

无人机航摄系统影像获取处理不同于传统航空数码影像。在开展大面积地形图制作工作中，利用POS数据建立航带内，对区域网内部拓扑关系预设，根据建立拓扑关系提取连接点。实际应用中，应选用硬件技术较高的无人机设备。由于我国无人机软件研发不成熟，导致测绘中地形起伏较大地区测图精度较低，影响最终测绘结果精准度。无人机航摄硬件设备影响信息处理系统，硬件设备包括地面监控设备、飞行控制系统等，处理视频影像包括DEM及数据影像处理系统等。数据分析系统具有数据管理等功能。无人机航摄系统测绘大面积地形图流程包括像片控制，图像预处理，空中三角测量等。像片控制是无人机航测大面积地形图重要部分，像控点在航线需要10条基线布置，通常使用全站仪测绘。

由于无人机拍摄数码相机画幅较小，未经预处理图像变形为后续工作产生影响，需要图像预处理技术达到良好测量精度。无人机航摄图像预处理方法分为噪声去除与镜头畸变校正法。图像拍摄中受到噪声信号干扰，通过滤波处理可去掉图像噪声信号，经过傅里叶变换成频域信号，经过逆向傅里叶变换，通过处理得到滤波后图像。镜头畸变由于图像位置与坐标偏离产生，对设置高精度点空间坐标控制场拍摄，根据共线放出推到图片原始坐标。

4 无人机航摄测绘在大面积地形图中的应用

无人机航摄系统利用航摄仪进行远程摄影，通过航摄仪特有工具将获取图像进行处理，通过航摄系统将其测绘，无人机特点是可进行图像传递，为地质勘察提供方便[3]。测绘大面积地形图是通过测量确定地形形状，根据获取信息进行绘制，选取大比例尺是因为无人机航摄系统探测地形范围大，确定比例后体现绘制图的实用价值。

以快眼-III无人机为航摄平台，对某煤矿进行大面积地形图快速测绘，得到1:5000正射影像图，通过对航空摄影质量、地形图成果质量检查，表明成果符合国家测绘产品质量要求。

项目区为山西某集团下属煤矿，项目建立在国家统一测绘基准，生产作业按国家技术标准执行。采用先进的快眼III无人机数字测绘航摄系统，无人机平台包括NCG-2增强型飞控系统、三轴云台自稳系统，专业备用系统。最大起飞重量28kg，续航时间3h，最大飞行速度150km/h，相机为2100万pixel数据采集系统。

像片控制采用内业布点，采用山西GPS CORS网进行实时时差分测量，采用南方灵锐H82RTKGPS实测像控点位。测完后进行外业调绘，外业调绘以看到为原则调绘，调绘性质数量，外业调绘用相应符号表示，最后内业清绘整饰。 空三加密采用ATMatrix，外业提供控制测量成果，成图比例尺为1:2000使加密精度为：内业加密点对平面位置中误差为1.75m.基于无人机低空影像生产DEM技术不断成熟，基于全数字摄影测量系统Map Matrix，对每个像按5m格网间距生成DEM分别编辑，根据DEM对数字化航空像片进行数字微分纠正得到正射影像，不同像对图廓裁切，图廓整饰等步骤，生成1:5000数字正射影像图DOM。

经上述工作流程处理，得到局部正射影像图，1:2000地形图，为使后续工作顺利完成，需对获取影像质量评价，经主观目视评价产生项目区正射影像层次丰富，彩色色调柔和，相同地物色彩一致，满足遥感影像反差适中要求。采用高程二次定向，可使最终航测成果满足航测规范精度要求，获取地形图地貌表示细致，高程点位符合要求，外业利用矿区提供近井点采用全站仪散点法打点方式对地形图实测检查，高程精度满足规范对地形图成图要求。

5 结语

随着我国航天技术的快速发展，无人机应用范围不断扩大。无人机以其灵巧、易操作等特点，成为航摄地形图的重要技术。无人机航摄存在一些缺陷，需要相关人员提高无人机航摄技术。我国各领域应用无人机技术，一些成熟的地理空间信息测绘计算机普遍应用航空摄影测量技术等，在设备测绘精度等方面具有各自优势，可以综合应用相关技术，更好地为地理地形图测绘提供帮助。随着我国对无人机技术要求提升，相关测绘单位应致力于研发新型无人机，满足我国地形图测绘工作的要求。